十屋油田營(yíng)城組儲(chǔ)層裂縫特征及有效性分析

宋文燕 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,四川成都60500)

王繼文 (長(zhǎng)慶油田第三采油技術(shù)服務(wù)處,寧夏銀川750006)

蘇培東,秦啟榮,甘學(xué)啟 (西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,四川成都60500)

十屋油田位于吉林省公主嶺市境內(nèi),其構(gòu)造形態(tài)為1個(gè)大型斷鼻構(gòu)造,屬于梨樹(shù)斷陷的次1級(jí)構(gòu)造單元。梨樹(shù)斷陷在形成的過(guò)程中,經(jīng)歷了多次不同類型、不同方位、不同性質(zhì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),其裂縫組系十分發(fā)育。十屋油田營(yíng)城組屬于低孔低滲儲(chǔ)層,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),裂縫對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集和滲流能力具有重要影響。研究區(qū)勘探程度較高,鉆井控制程度也比較高,但是由于其復(fù)雜的地質(zhì)背景及多類型的成藏系統(tǒng),很難清楚掌握十屋油田營(yíng)城組不同構(gòu)造位置的裂縫實(shí)際發(fā)育程度以及裂縫的類型、產(chǎn)狀、充填情況、發(fā)育期次等。為此,筆者充分利用研究區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)資料,結(jié)合巖心觀察、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)等,對(duì)十屋油田營(yíng)城組的裂縫特征及有效性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

1 儲(chǔ)層裂縫特征

1.1 裂縫產(chǎn)狀

利用成像測(cè)井、地層傾角測(cè)井、巖心觀察方法確定裂縫產(chǎn)狀。研究表明,該區(qū)主要發(fā)育北東向(48±12°)、近南北向 (10±15°)、北西向 (320±12°)3組裂縫,局部發(fā)育近東西向 (285±15°)裂縫。依據(jù)裂縫傾角將裂縫分為水平縫 (＜15°)、低角度裂縫 (15～45°)、高角度裂縫 (45～75°)、直劈縫 (＞75°)。十屋油田營(yíng)城組儲(chǔ)層直劈縫最多,接近50%,其次是高角度縫,而水平縫和低角度斜交縫相對(duì)較少 (見(jiàn)圖1)。

圖1 十屋油田營(yíng)城組儲(chǔ)層裂縫傾角分布直方圖

1.2 裂縫充填情況

通過(guò)巖心觀察,發(fā)現(xiàn)裂縫多被半充填或全充填,所占比例分別為37.8%和32%?？傮w來(lái)說(shuō),高角度裂縫的充填程度相對(duì)高一些,特別是直立裂縫,大部分被全充填或者半充填,加上部分未充填裂縫在地層中處于閉合狀態(tài),這樣會(huì)對(duì)流體的流動(dòng)作用產(chǎn)生一定影響。

裂縫充填物主要以方解石為主,其次是泥質(zhì),然后是碳質(zhì) (包括煤),瀝青充填物最少。

1.3 裂縫力學(xué)性質(zhì)與開(kāi)度分析

不同性質(zhì)的巖石受力后產(chǎn)生破裂的情況不一樣,這主要是受巖石力學(xué)性質(zhì)差異的影響,通常裂縫的力學(xué)性質(zhì)是決定其開(kāi)啟或閉合的主要因素[1,2]。通過(guò)巖心觀察發(fā)現(xiàn),剪切縫是研究區(qū)的主要裂縫,其縫面平直光滑,可見(jiàn)擦痕、階步,其中發(fā)育1組近南北向和北西西向的共軛剪切縫,同時(shí)還發(fā)育1組北東向和北西向的高角度剪切縫。扭張縫也是研究區(qū)的主要裂縫類型之一,其中部平直粗大,兩端彎曲、細(xì)小,其原因主要是早期的壓應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)化為晚期的壓扭應(yīng)力場(chǎng)的結(jié)果。

圖2 十屋油田營(yíng)城組井下巖心裂縫開(kāi)度分布圖

研究發(fā)現(xiàn),儲(chǔ)層裂縫開(kāi)度變化范圍較大,從0.1mm到50mm都有分布,但巖心裂縫開(kāi)度以1mm以下為主,其次是1～2mm,其它寬度裂縫相對(duì)較少。特別需要指出的是,研究區(qū)內(nèi)寬度大于5mm的裂縫占相當(dāng)?shù)谋壤?說(shuō)明裂縫開(kāi)度變化較大 (見(jiàn)圖2);另外一方面,未充填的裂縫從巖心觀測(cè)的寬度看往往要大于地下實(shí)際裂縫寬度,而充填裂縫雖然寬度大,但其有效性差。因此,對(duì)于裂縫寬度等資料要謹(jǐn)慎使用。

圖3 十屋油田營(yíng)城組SN55井巖心

1.4 裂縫發(fā)育期次

通過(guò)觀察巖心,發(fā)現(xiàn)至少發(fā)育3組裂縫切割 (見(jiàn)圖3)。根據(jù)切割關(guān)系來(lái)看,這3組裂縫形成的先后順序是①②③。再根據(jù)裂縫中充填的方解石不同,可判斷研究區(qū)裂縫至少有3個(gè)發(fā)育期次,這與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期次相吻合。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行構(gòu)造解析和巖心觀察,并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)史,確認(rèn)該區(qū)主要發(fā)育4期裂縫,其中明水組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)只對(duì)早期裂縫進(jìn)行了改造(見(jiàn)表1)。

表1 十屋油田裂縫期次劃分

1.5 裂縫發(fā)育程度

根據(jù)裂縫巖心觀測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,取長(zhǎng)度和密度的權(quán)重積值作為裂縫發(fā)育程度系數(shù) (長(zhǎng)度/密度=8/2),然后對(duì)裂縫發(fā)育程度進(jìn)行分析。研究表明,各井裂縫發(fā)育程度分布不均,一般位于研究區(qū)小寬斷裂和其他幾條大斷裂附近。從整體上看,該區(qū)裂縫的低角度縫和高角度縫在小寬斷裂附近最為發(fā)育(見(jiàn)圖4)。

圖4 十屋油田營(yíng)城組儲(chǔ)層裂縫發(fā)育程度

2 裂縫有效性

裂縫在儲(chǔ)層中主要有儲(chǔ)集和滲流的作用[3,4]。十屋油田營(yíng)城組儲(chǔ)層裂縫十分發(fā)育,但只有那些為數(shù)較少的非封閉裂縫 (即有效裂縫)決定著液體的流動(dòng)。因而在油氣生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中,充分利用裂縫的有效性來(lái)保證油氣田的開(kāi)采速度和采出程度至關(guān)重要[5]。筆者在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,從構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、現(xiàn)今地應(yīng)力2方面對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層裂縫的有效性進(jìn)行分析。

2.1 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

研究區(qū)儲(chǔ)層裂縫大部分是在早期 (營(yíng)城組、登婁庫(kù)組沉積末期)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的。營(yíng)城組期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是斷陷階段演化鼎盛時(shí)期的一次小規(guī)模構(gòu)造反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[6],造成各斷陷盆地不同程度的隆升和地層剝蝕。在北西-南東向壓應(yīng)力的作用下,研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育一組近南北向 (10±15°)和北西西向(290±15°)高角度共軛剪切縫和北西向 (330±15°)張裂縫,并在小寬斷裂附近發(fā)育北東向 (45±15°)低角度伴生剪切縫。近南北向 (10±15°)高角度共軛剪切縫在早期充填、晚期擴(kuò)張,為高角度直立的半充填縫或者全充填縫,其有效性較好;北西西向 (290±15°)高角度共軛剪切縫發(fā)育程度較弱;北東向 (45±15°)低角度伴生剪切縫在小寬斷裂附近發(fā)育比較密集,在斷裂活動(dòng)的各個(gè)時(shí)期都有形成 (或者改造),該裂縫密度大、充填實(shí)、閉合性好。

2.2 現(xiàn)今地應(yīng)力

現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力的方向與裂縫延伸方向的關(guān)系對(duì)裂縫的開(kāi)啟程度有明顯影響,其主要表現(xiàn)是當(dāng)裂縫面與最大主應(yīng)力方向垂直時(shí),會(huì)使裂縫的張開(kāi)度減小甚至閉合。與現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向平行的裂縫由于受相對(duì)拉張作用,其開(kāi)度最大,連通性最好,滲透率也最高;與現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)最大主壓應(yīng)力方向斜交的裂縫,其滲透性介于兩者之間,但隨著交角增大,其滲透性變差[7]。

圖5 十屋油田營(yíng)城組現(xiàn)今地應(yīng)力方向

十屋油田營(yíng)城組區(qū)域最大水平主應(yīng)力方向?yàn)?70～280°(即近東西向)(見(jiàn)圖5)。在現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)作用下,近東西向裂縫的開(kāi)度最大,即該組裂縫的滲透率最大,而近南北向裂縫的開(kāi)度和滲透率最小。因此,在油田開(kāi)發(fā)中以近東西向裂縫中流體的滲流速度最快,其動(dòng)態(tài)反應(yīng)最明顯,而近南北向裂縫中流體的滲流速度最慢,其動(dòng)態(tài)反應(yīng)不明顯;北西向和北東向裂縫滲流速度和動(dòng)態(tài)反應(yīng)介于上述2組裂縫之間。由于儲(chǔ)層中裂縫滲透率的各向異性,在開(kāi)發(fā)井網(wǎng)部署時(shí),要充分考慮不同組系裂縫的滲流作用。根據(jù)上述分析,可適當(dāng)加大東西方向的井距。

3 結(jié) 論

1)十屋油田營(yíng)城組儲(chǔ)層裂縫發(fā)育主要為北東向、近南北向和北西向,以高角度縫和直劈縫為主。裂縫多被半充填或全充填,充填物主要為方解石,其次為泥質(zhì)、碳質(zhì)。有效儲(chǔ)層段裂縫以剪切縫和扭張縫為主,裂縫開(kāi)度變化較大。

2)早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的南北向高角度剪切縫、晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的北東向和北西向高角度剪切縫以及扭張性裂縫有效性較好。近東西向構(gòu)造裂縫導(dǎo)流能力最強(qiáng),為最有效裂縫組系。

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